科技成果鉴定技术报告.docx

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科技成果鉴定技术报告

技

术

报

告

一、项目实施的必要性和重要性：

随着科学技术的发展，在陶瓷、电子、磁材料等领域，对于材料成型的均匀性要求越来越高，传统的压力机存在着压力不均匀导致原料压制后均匀性不好、压力机过于庞大等缺点。

为了克服这个缺陷，目前开发出机械/液压式等静压机。

该种等静压机的核心部件机构包括一个高压密封腔，高压密封腔内充有液压油，工件放于其内，通过液压油的压力加工工件，为了使密封腔安全运行，需要通过一些连杆等部件使密封腔的上下盖紧密固定。

但随着等静压机工作压力和高压腔直径的不断加大，等静压机所达到的压力达万吨以上，按照传统的机架式密封腔的结构，显然设备体积过于庞大，经济性差。

预应力钢带缠绕等静压机解决了现有等静压机的密封方式存在的结构庞大，经济性、安全性差的问题。

包括高压腔，高压腔周围通过弹簧钢带缠绕固定。

弹簧钢带可以将高压腔牢固地组合连接在一起，特别是可以根据压力要求，增加或减少钢带的圈数。

结构简单、设计合理，使设备总体积变小、调节方便、提高了安全性和经济性。

二、技术方案和路线：

项目的主要研究方案：

预应力钢带缠绕等静压机是由机械设备和液压设备、自动控制电器设备组成。

传统的压力机压力一般为30MPA，本设备的压力达到400MPA之间，可满足不同行业的等静压力要求。

预应力钢带缠绕等静压工艺机械压制相比，由于等静压压力大，制品受力均匀，特别适宜压制大尺寸的粉末制品。

压制的粉末制品具有密度高、密度均匀，压制粉末的过程中不需要添加润滑剂等优点。

其手动调整为主机三个执行动作提供动力的液压系统压力；设定被加工物件的压力、保压时间、卸压时间。

将待加工物件放入设在高压工作腔密封盖下端的吊筐中，按下“自动循环按钮，提升缸向下运动，将工作腔密封至盖板上平面与框架窗口上沿的间隙保证在5毫米之间，提升缸下限位行程开关动作，触发推拉缸向框架方向运动，将装有待加工的高压主工作腔推进框架内。

高压腔到位后，推拉缸的进限位开关动作，触发增压缸进行增压动作，压力达到设定值时（压力变送器传递数字信号）并保压时间到时，触发增压缸泄压并上行，当活塞上行到上限位时，活塞杆头部的T型孔将增压腔压力腔与排气孔连通，同时系统泄压，触发推拉缸动作，将装有已完成加工工件的高压腔退出框架。

在推拉缸退到位后，触发提升缸向上移动将工件提出高压腔，当提升缸的上升碰到上限位时，系统停止动作，取出工件，完成一个工作循环。

项目主要内容：

1、超高压芯筒的承压理论计算；

2、预应力钢带缠绕等静压机的结构设计；

3、平封式超高压单向阀门设计；

4、集成式超高压卸荷阀设计；

5、基于PLC的等静压机控制系统设计；

6、预应力钢带缠绕等静压机增压器的设计；

7、预应力钢带缠绕等静压机的超高压安全设计；

项目技术路线：

框架上下梁铸造上下梁加工框架加工框架组装框架机加工框架钢丝缠绕

地图工作腔用料精炼工作腔锻造工作腔探伤工作腔加工工作腔钢带缠绕

增压油缸加工增压器锻造增压器加工增压系统装配

超高压阀加工超高压附件加工

电气柜设计电气柜制造自动控制编程电气柜测试

液压系统设计液压站制造液压站试压调试

国内现有的标准:

标准编号：

JB/T7348-2005

标准名称：

钢丝缠绕式冷等静压机

英文名称：

Coldisostaticpresswoundwithsteelwire

发布部门：

中华人民共和国国家发展和改革委员会

发布日期：

2005-09-23

实施日期：

2006-01-01

提出单位：

中国机械工业联合会

归口单位：

机械工业冶金设备标准化技术委员会

起草单位：

四川航空工业川西机器

起草人：

张建勇、吴小平、邢文涛、杨槐、李忠贵等

页数：

11页

基本原理：

等静压机工艺是把制品放置于盛满液体的密闭容器中，通过对其各个表面施加相等的压力，在高压的环境下，使得制品的密度变大，并得到所需的形状。

随着科学技术的进步，等静压机越来越广泛应用于高温耐火材料、陶瓷、硬质合金、稀土永磁、碳素材料、稀有金属粉未的成型。

等静压工艺的特点：

1.采用等静压机制坯，坯体的密度高而且均匀，烧成收缩小，不易变形。

2.能成型常规模压工艺难以制备的细长棒状或管状压坯。

3.制品具有高强度和良好的可加工性，可大大降低内应力。

4.模具制作方便，寿命长，成本相对较低。

5.能成型大尺寸的压坯，每缸可以压制多件压坯。

冷等静压机的基本原理是帕斯卡定律,即加在密闭容器内的液体压强能够按照它原来的大小向各个方向均匀传递。

冷等静压的过程是,利用高压泵把液体介质压入钢制的高压密封容器内,在弹性模套内的粉料在各个方向上同时受到液体传递的均衡压力,从而获得密度分布均匀和强度较好的压坯。

冷等静压一般采用液体（水或油）作为压力传递介质,热等静压用惰性气体作为压力传递介质,例如,氮气或氩气。

同模压法比较,等静压的优点是可以成型复杂形状和尺寸大的制品（例如,具有凹形、空心、细长件和大件等）,摩擦、磨损小,成型压力小、模具易制作、密度均匀,可获得接近完全致密的材料。

同注浆法比较,等静压法不需要严格控制料浆的性能,不必干燥。

同挤压法比较,长的棒材、管材不易干燥开裂和变形。

等静压制在钼粉冶工程中是必不可少的生产环节之一,承担着重多种产品的成形任务,如各种规格的棒、板、管、电极以及形状复杂的异型件等,压坯重量从几千克到数百千克不等。

如果等静压机出现故障,生产环节被打断,直接、间接损失无法估算。

工作原理：

1.手动调整为主机三个执行动作提供动力的液压系统压力；设定被加工物件的压力、保压时间、卸压时间。

2.将待加工物件放入设在高压工作腔密封盖下端的吊筐中，按下“自动循环”按钮，提升缸向下运动，将工作腔密封至盖板上平面与框架窗口上沿的间隙保证在5毫米之间，提升缸下限位行程开关动作，触发推拉缸向框架方向运动，将装有待加工的高压主工作腔推进框架内。

高压腔到位后，推拉缸的进限位开关动作，触发增压缸进行增压动作，压力达到设定值时（压力变送器传递数字信号）并保压时间到时，触发增压缸泄压并上行，当活塞上行到上限位时，活塞杆头部的T形孔将增压腔压力腔与排气孔连通，同时系统泄压，触发推拉缸动作，将装有已完成加工工件的高压腔退出框架。

在推拉缸退到位后，触发提升缸向上移动将工件提出高压腔，当提升缸的上升碰到上限位时，系统停止动作，取出工件，完成一个工作循环。

注：

工作介质：

防锈水

预应力钢带缠绕等静压机结构图

理论创新：

超高压芯筒的承压理论计算（举例说明）：

钢带缠绕圈数n的计算,根据给定条件查阅有关资料得到有关参数，42CrMo在调制处理下的材料参数（参考《机械设计手册》3-23）65Mn钢的钢带厚度最大小于1.5mm在退火条件下的冷硬钢带，（参考《机械设计手册》3-207）本问题中的钢带为冷轧钢带，所以，以冷硬强度进行计算校核；

冷轧钢带例图

分析问题进行的有关假设

一．当不缠绕钢圈时对零件进行强度分析

强度分析公式

可以从结果中看出由于1点的切向应力大于

所以不满足应力状态所以需要通过缠绕钢带来增加其强度。

二.对于计算缠绕钢圈时的有关假设

1．此问题为组合筒问题设外圈钢带为薄壁圆筒，零件为厚壁圆筒

2．在计算完各个钢带圈的压强后，将其叠加到最内圈视为装配压强而将各个钢圈看作一个厚度为nó的外圆筒，用组合筒的方法解决问题（参考《材料力学》主编：

苏翼林副主编：

王燕群赵志刚亢一澜天津大学出版社）

3．认为造成破坏的主要原因由于拉应力的作用，即对问题进行第一强度校核，不论材料达到何种应力状态只要拉应力ó1达到材料单向拉伸时的极限值ób，材料就发生脆性破坏。

由于不考虑z向的受力不用对z向的应力进行校核计算。

第一强度理论的强度条件：

已知：

d=300mm,D=430mm,工作压力为p=315MPa，ó钢带预应力=400MPa；查阅机械设计手册的ó＜1.5mm取ó=1.4mm

可以从结果中看出由于1点的切向应力大于

所以不满足应力状态所以需要通过缠绕钢带来增加其强度。

二.对于计算缠绕钢圈时的有关假设

1．此问题为组合筒问题设外圈钢带为薄壁圆筒，零件为厚壁圆筒

2．在计算完各个钢带圈的压强后，将其叠加到最内圈视为装配压强而将各个钢圈看作一个厚度为nó的外圆筒，用组合筒的方法解决问题（参考《材料力学》主编：

苏翼林副主编：

王燕群赵志刚亢一澜天津大学出版社）

3．认为造成破坏的主要原因由于拉应力的作用，即对问题进行第一强度校核，不论材料达到何种应力状态只要拉应力ó1达到材料单向拉伸时的极限值ób，材料就发生脆性破坏。

由于不考虑z向的受力不用对z向的应力进行校核计算。

第一强度理论的强度条件：

已知：

d=300mm,D=430mm,工作压力为p=315MPa，ó钢带预应力=400MPa；查阅机械设计手册的ó＜1.5mm取ó=1.4mm

假设需要n圈才能满足要求：

一、确定装配压力P3

二、计算1,2,3,4点的装配应力

a为内半径长b为外办径长c为装配面的半径

三、在计算由工作压力在1,2,3,4点引起的工作压力；

四、将以上两种应力进行叠加，并按照第一强度理论进行校核；

按照第一强度理论校核所以不计入ór  ；安全系数n=1.5应力在半径方向上1，2点之间3，4点之间为单调的所以计算在边界上的大小并对其进行校核选择最大值即可另外从直观上可以看出1，2之间的装配应力与工作应力相反所以可以减小零件的应力。

（一）进行应力合成后使得应力小与强度极限。

（二）应力合成后使得工件应力状态小与屈服极限。

技术创新：

（1）预应力钢带缠绕等静压机的超高压容器安全设计；

第一，使用塑性设计代替弹性设计，加大安全系数；

第二，采用“安全失效”的设计结构保证“裂前先漏”当容器临界裂纹长度超过容器的壁厚时,可以使容器中裂纹在稳定发展阶段形成裂口。

这样容器内高压介质可通过裂口逐渐排出,不致形成灾难性的破坏。

容器壁厚由双层组成，对于沿径向发展的裂纹,层间起着止裂作用。

当内层裂穿时，高压介质可从层间缝隙或预置排泄孔漏出，从而起着报警及逐步卸压作用，达到裂前先漏的效果。

此外,由于组合容器每单元层较薄，三轴应力影响及应力强度因子小，材料脆性转变温度低，冲击能量高更能保证安全失效的性能。

第三，消除局部应力高峰及避免各型应力集中的叠加；双层螺塞式等静压机容器,即内筒为无缺口超高强度钢制成,承受全部切向和径向应力,而轴向应力则全部由高韧性钢制成的外筒承担内外筒用松配合套装,由于外筒只承受低的轴向压力,及因外筒材料的塑性高+中强钢,能使螺纹应力集中效应缓解,可安全使用。

第四，材料要求，采用真空炼钢、电渣重溶、精炼净化方法，大幅度减少钢中杂质，可显著提高钢的断裂韧性，特别是在腐蚀条件下，材料断裂韧性成倍地增加，各向异性影响小；采用真空或保护气氛热处理，减少杂质、污染及脱碳等，可提高持久强度。

此外尽可能采用形变热处理、超高温1200℃淬火、超细晶粒淬火等以提高材料断裂韧性值。

加大热变形程度（锻压比＞3）提高断裂韧性。

（2）预应力钢带缠绕等静压机的控制系统设计；

2DP；计算机监控系统采用GE公司的CIMplicity监控软件。

300系列，CPU为CPU315控制系统采用直接数字控制系统与监督控制系统相结合的控制方式；由计算机监控系统、PLC控制系统、仪表显示控制系统、电源及辅助系统共5部分组成。

在系统中，正常情况下由计算机监督、控制设备运行，给定控制参数，进行故障自诊断等。

PLC控制系统完成各种控制功能和执行元件的驱动。

仪表显示控制系统完成各种参数的测量、显示。

系统具有手动、自动、故障诊断功能，具有很强的人机对话功能，可以在计算机上完成所有的控制操作。

压力容器内的压力是由压力控制系统控制的。

压力控制系统的设计是整个设计的核心之一，主要功能是使容器内的压力按工艺提出的规律变化，它包括增压器速度控制和卸压阀控制两部分。

增压器速度控制规律原为PI调节规律，根据等静压机实际工作情况和PI调节特性，增加了微分环节，为PID调节规律，提高了系统的反应速度。

3个卸压阀的控制则采用模糊控制方法进行控制。

结构创新：

（2）详细描述项目的技术来源、合作单位情况；说明项目知

三、技术创新点：

（1）预应力钢带缠绕等静压机的超高压容器安全设计：

第一，使用塑性设计代替弹性设计，加大安全系数；

第二，采用“安全失效”的设计结构保证“裂前先漏”；

第三，消除局部应力高峰及避免各型应力集中的叠加；

第四，材料要求，采用真空炼钢、电渣重溶、精炼净化方法。

（2）预应力钢带缠绕等静压机的控制系统设计：

采用直接数字控制系统与监督控制系统相结合的控制方式，系统具有手动、自动、故障诊断功能，具有很强的人机对话功能。

（3）等静压机增压器设计：

第一，将密封环材质选为铝青铜，不仅延长密封寿命时间，还使增压器较好调试；

第二，将外密封铜环与高压腔密封面的配合方式改为过渡配合，使密封铜环的使用寿命提高了60%，节约维修成本50%；第三，采用复合密封方式消除工作液的低压渗漏，使密封环的使用寿命提高了3倍。

四、总体性能指标与国内外同类技术或产品比较和定位

项目技术现状：

世界上第一台等静压机是由瑞典1939年研制成功。

随后又研制了世界上最大的冷等静压机，它用于压制粉末材料，线绕预应力压力缸的内径1.8m，高5.5m，工作腔压力138MPa。

目前仍是等静压机的出口国。

而在1955年美国巴蒂尔研究所首先研制成功热等静压机，并于60年代初工业应用，解决了核燃料元件的扩散粘结问题。

经过40余年的发展已日臻成熟，又由于该机质量轻，操作简便，寿命长，安全可靠，适合工业发展，它已成为当今许多高性能材料生产中一项实用技术，也是新材料研发不可缺少的一种新技术。

从而促进了冷等静压技术的飞速发展。

而国内等静压机在上世纪70年代开始制造单压200MPa，缸体直径为200mm的等静压机80年代已能批量生产直径500mm和800mm的等静压机，目前已能生产直径1250mm，有能力生产直径为1500mm的等静压机。

总之纵观等静压技术的发展趋势可概括为：

等静压机的技术水平和自动化程度不断提高，类型不断增多，应用领域不断扩大，产品质量不断上升。

因此，为加快我国等静压机产品高起点发展，开拓并占领国内外市场是非常紧迫和必要的。

随着等静压工艺和科学技术的发展，等静压机广泛应用于各种粉末制品、食品保鲜和生物制药等新型领域，是高新产品的重要和关键工艺性设备。

如：

航空航天和汽车工艺的钣金成型，航空发动机及陶瓷材料，工业用喷嘴、电子芯片、坩埚、硬质合金、石墨件、耐火材料、磁性材料等的成型。

预应力钢带缠绕等静压机是由机械设备和液压设备、自动控制电器设备组成。

传统的压力机压力一般30MPA，本设备的压力达到400MPA，可满足不同行业的等静压力要求。

等静压工艺与机械压制相比，由于等静压压力大，制品受力均匀，特别适宜压制大尺寸的粉末制品。

压制的粉末制品具有密度高、密度均匀，压制粉末的过程中不需要添加润滑剂等优点。

项目产品的创新点：

1．采用铜基材料作为等静压密封铜环材料和公差配合精度及密封方式等关键点设计改进方案增加了配件的使用寿命、延长了等静压机检修周期、提高设备运转率，而且突破了增压器关键配件技术封锁，并终结了关键配件外购，降低了维修成本。

2．采用预应力钢带缠绕结构解决了压机大型化和高压化带来的相应的安全问题；3．在超高压工作状态下（200Mpa、400Mpa），保压5min，压力降不大于最高压力的2％，高于国家行业标准的要求：

JB／T7348—2005规定，压力降为每5min不大于最高工作压力的3％。

项目产品技术性能比较优势：

公司在原有液压系统产品的基础上，又相继研发了新产品即：

SSYH系列层压机。

该机制造能力：

1、高压腔直径最大1000mm；高压腔深度：

最大3000mm。

2、可在超高压工作状态下（200、400MPa），保压5min，压力降不大于最高工作压力的2％。

远远超出国家行业标准的要求（JB／T7348～2005规定压力降为每5min不大于最高工作压力的3％）。

可为用户带来更优质的产品；更低的运行成本。

3、工作腔、机架的设计使用寿命为二百万次。

液压系统管路在使用寿命期内无泄漏。

4、SHP系列超高压控制阀（如：

单向阀、卸荷阀、排气阀等）的使用寿命为10万次以上。

5、工作腔的循环的增压速度15—600秒可选。

6、革命性的大型分段式工作腔设计与传统的等静压相比，可为用户节约30％的设备投资。

五、目前应用前景与推广措施：

随着等静压工艺和科学技术的发展，等静压机广泛应用于各种粉末制品、高温耐火材料、陶瓷、硬质合金、稀土永磁、碳素材料、稀有金属粉未、食品保鲜和生物制药等新型领域，是高新产品的关键工艺性设备。

如：

航空航天和汽车工艺的钣金成型、航空发动机及陶瓷材料、工业用喷嘴、电子芯片、坩埚、硬质合金、石墨件、耐火材料、磁性材料等的成型。

随着科学技术的发展，在陶瓷、电子、磁材料等领域，对于材料成型的均匀性要求越来越高，传统的压力机存在着压力不均匀导致原料压制后均匀性不好、压力机过于庞大等缺点。

为了克服这个缺陷，目前开发出机械／液压式等静压机。

该种等静压机的核心部件结构包括一个高压密封腔，高压密封腔内充有液压油，工件放于其内，通过液压油的压力加工工件，为了使密封腔安全运行，需要通过一些连杆等部件使密封腔的上下盖紧密固定。

但是随着等静压机工作压力和高压腔直径的不断加大，等静压机所达到的压力达到万吨以上，按照传统的机架式封闭密封腔的结构，显然设备体积过于庞大，经济性差。

因此，加快我国等静压机产品高起点发展，开拓并占领国内外市场是非常紧迫和必要的。

1、尽快完善项目实施中的薄弱环节，以加速成果推广；

2、加强组织建设，健全服务网络，加强技术指导；

3、实行研发、生产、销售及售后服务于一体的运营模式，信息、市场系列化服务等有效措施；

4、利用展会、电视、互联网等各种形式扩大宣传力度，以促进该项成果的迅速推广。

六、经济效益及社会效益

项目执行期的销售收入达到920万元，缴税总额193.28万元，净利润245.79万元。

项目建成并开发研制生产出来之后，通过应用示范改进完善，将形成标准化、系列化新产品。

打破国外技术垄断，提高国产等静压机技术含量和附加值，替代进口，同时扩大出口，其社会效益十分显著。

1、在减少进口、提高国产重大技术成套设备的自主化率的同时，降低了制造成本，必将大大提高国产装备在国际市场的竞争力，加快我国成为世界装备制造的强国步法。

2、项目建成投产后会增加利税，促进公司的员工更好的生活提升。

3、促进就业，通过本项目的实施，公司就该项目新增就业13人，促进社会稳定。

4、该项目产品属于国家支持鼓励的装备制造行业，能耗和污染物排放较低，绿色环保。

通过该项目的实施，将会降低环境消耗，而且提高环境的保护，不仅从源头，而且从流出的方向整体的降低环境消耗。

5、该项目实施后能带动省内锻件、铸件机加工业等相关产业链的可持续发展。

目前等静压机生产基地主要集中在山西、四川两地，并且以山西市场为主。

做强做大装备制造业，是山西从煤炭依赖走向以煤为基多元发展的必然途径。

而发展我省的高科技工业项目，企业是技术创新的主体，制造业是企业创新的主力，装备制造业是制造业创新的核心。

因此，要以增强装备制造业科技创新能力为突破口，不断夯实装备制造业创新基础条件，加大研发投入力度，培养引进科技人才队伍，加强产学研合作，带动全省科技创新能力的提高，为调整优化产业结构，转变经济发展方式，实现转型跨越发展提供科技支撑。

通过本项目将会促进相关产业的发展，提升国家的科技竞争力，从而带动企业科技含量的提高，促进更多的产学研项目落地生根。

因此，为加快我国等静压机产品高起点发展，开拓并占领国内外市场是非常紧迫和必要的。